CN104713347B - 一种实现水泥分解炉高效燃烧暨低NOx排放的分风燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现水泥分解炉高效燃烧暨低NOx排放的分风燃烧装置，包括三次风总管及分支管、风量控制调节阀门、喷煤管、高速喷射的冷风管路及拉阀尔喷管。所述来自窑头的三次风，一股以理论用风量的70％左右作为分解炉底部燃煤的还原风，另一股作为燃烬风从分解炉中下部进入分解炉。用拉阀尔喷管喷入理论用风量5％左右的高速冷风。本发明利用其旋喷效应、四角切圆布置方式的内切圆和外切圆的反向旋转及拉阀尔喷管所产生的高速旋转气流扰动效应，加速了上升气流与燃烬风的混合，提高了气流中可燃物的燃烬率和碳酸盐的分解率。低于一般分风燃烧技术的还原风比在分解炉下部形成重还原燃烧，极大的降低了NOx排放浓度。

Description

一种实现水泥分解炉高效燃烧暨低NOx排放的分风燃烧装置

技术领域

本发明涉及分解炉内高效燃烧暨低NOx排放的分风燃烧装置，该装置既能提高分解炉内煤粉的高效燃烧和降低NOx排放，还能提高生料出分解炉的碳酸盐分解率。

背景技术

水泥生产是一高耗能，高污染行业。其目前能源消耗总量巨大，已占建材行业的78％以上。国民经济的快速发展带动了水泥行业的快速发展，其生产的水泥总量远远领先于世界水平，但水泥的单位能耗与发达国家相比依然存在很大的差距。氮氧化物等污染物的排放是继火力发电、汽车尾气之后的第三排放大户。

目前，水泥行业通过自主探索研究和引进国外先进生产技术，在新型干法水泥生产方面取得了长足的进步。紧紧跟随“十二五”提出的政策，降低水泥生产能耗，烟煤的燃烧向无烟煤及煤矸石等低劣质煤转化，降低污染物的排放及其余热发电等。

在新型干法水泥生产中，分解炉是主要的燃煤设备和NOx排放设备，实现分解炉的高效燃烧和低NOx排放，对水泥生产的节能减排具有十分重要的意义。高效的分风燃烧技术能较好的实现分解炉的高效燃烧和低NOx排放。对其开发高效分解炉具有十分重要的意义。开发高效分解炉：首要为强化固体粉状物与气流的快速混合，使固体粉状物达到良好的分散与均布，加强气固之间的换热，从而为煤粉燃烧和碳酸钙的分解创造良好的反应环境，使其煤粉能充分燃烧、燃烬，碳酸钙在进入回转窑之前分解完全。

在使用烟煤燃烧向无烟煤及煤矸石等劣质煤作为燃料使用方面，一方面把煤粉磨得更细，提高分解炉的整体温度；另一方面加强气体与燃料的混合，使其达到良好的气固接触状态，同时利用旋流效应，延长气料在分解炉内的滞留时间。除此之外，扩大分解炉炉容也是常采用的技术之一。

水泥行业产生的主要气体污染物为氮氧化物，其产生方式主要有热力型氮氧化物、燃料型氮氧化物和快速型氮氧化物。热力型氮氧化物的生成是空气中的N₂在高温条件下被氧化生成。其生成速率与温度密切相关，当温度达到1200℃时开始慢慢生成，温度超过1400℃后，其生成速度将急剧加快。水泥生产中，因其回转窑中的燃烧温度高达1800℃及其以上，因此热力型氮氧化物主要在回转窑中大量生成。燃料型氮氧化物主要是燃料中的燃料氮被氧化生成，其为水泥生产中氮氧化物的主要生成源。快速型氮氧化物是在燃料燃烧时，在火焰前端空气中的N与碳氢离子快速反应产生，其生成量极小。

降低氮氧化物的排放，一是抑制氮氧化物的生成；二是采用还原技术，安装脱硝装置来降低氮氧化物的排放。

抑制氮氧化物的生成，一方面可以在燃烧前进行处理，即提前对燃料进行脱氮处理；另一方面通过改变燃烧方式，如选用高效、低氮氧化物燃烧器；采用分级燃烧技术(燃料分级燃烧技术、空气分级燃烧技术)等。分级燃烧技术因投资少，易于受生产企业接受，但目前的分级燃烧技术由于设计不佳，普遍存在着燃烬效率低和降氮效果不佳的不足。其主要原因一是还原风量较高，未形成很好的还原气氛，达不到很好的还原效果；二是燃烬风未能强化气固间的混合及料粉的分散、传热。因此开发一种能协同实现高效燃烧、高碳酸盐分解率和低NOx排放的分解炉分风燃烧技术，成为节能减排技术工作者所必须。设计者需考虑产生这一方面的原因，通过调整、优化结构参数和运行参数，使分解炉处于高效运行状态。

安装脱硝装置，对烟气进行脱硝的方法有选择性非催化还原法(SNCR技术)和选择性催化还原方法(SCR技术)，目前水泥行业采用的是技术成熟、运行可靠的非催化还原脱硝方法。设法降低出分解炉的NOx浓度，将有效降低烟气脱硝成本。

发明内容

本发明提供了一种既能高效燃烧又能高效降氮的分风燃烧装置，其原理是通过减少还原用风量，降低还原燃烧温度，并形成高还原的燃烧气氛，降低NOx生成量，并大幅还原已生成的NOx；适量的高速冷风加速燃烬风与分解炉内携带可燃物高含尘气流的混合，加速未燃烬可燃物的燃烧和气流中生料粉的进一步分散、传热和碳酸盐的分解。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

由三次风管分两路把高温风送至分解炉的下部锥体和中部柱体的下部位置；另用拉阀尔喷管输送分解炉内燃料燃烧理论空气量5％的低温风。利用其旋喷效应、四角切圆布置方式的内切圆和外切圆的反向旋转及拉阀尔喷管所产生的高速旋转气流扰动效应，加速分解炉燃烬风与携带可燃物高含尘气流的混合及料粉的分散与传热，为气流中的未燃烬可燃物的完全燃烧和碳酸盐的进一步分解创造良好的条件。0.70左右低空气系数还原用风量不仅降低了煤粉燃烧温度，还产生了高浓度的还原气氛，这种还原燃烧条件，不仅有利于减少煤粉燃烧过程中NOx的生成，而且还能大幅还原已生成的NOx，从实现分解炉出口的NOx排放的大幅减少。

所述的来自篦冷机的高温热风，一部份作为还原风送入分解炉的下部锥体该三次风管的偏心距为0.6-1m，这样高温还原热风将与来自窑尾的高温烟气快速混合，产生旋喷效应，为煤粉的快速预热、热解和燃烧创造良好的条件。

送往分解炉下部锥体的三次风的风量与燃料燃烧的理论空气量比在0.70左右为重还原燃烧方式。生成CO、H₂、CH₄、CHN等还原型物质，形成还原型气氛。目的在于还原回转窑内生成的氮氧化物和抑制分解炉内燃料型氮氧化物的生成。

所述的来自篦冷机的的高温热风另一部分作为燃烬风分三层送入分解炉中部柱体的下部，每层由 四个喷管组成，下层喷管距分解炉下部锥体10-12m。其四个喷管斜向下伸入分解炉内部0.3-0.6m，喷管末端为四方形的四个顶点，以一定的角度喷入，形成四角切圆布置方式。其切向方向为逆时针方向。

送入上部柱体的高温三次风的风量为过量空气量的35％左右，以保证碳粒的充分燃烬。

所述的用拉阀尔喷管分二层送入分解炉的风量占理论用风量5％左右的低温风，其利用拉阀尔喷管所具有的特性，产生高速旋流风，极大强化了燃烬风与携带可燃物高含尘气流的混合，进一步加强了料粉的分散和传热，提高了煤粉燃烧效率和生料的入窑分解率。

拉阀尔喷管安装在分解炉上部柱体的壁面处，分二层安装，第一层在燃烬风第一层的上部0.5m位置处，每层安装四个拉阀尔喷管，四角切圆布置，形成较燃烬风直径更大的顺时针旋转假想切圆。

所述的分解炉中部柱体燃烬风喷管和拉阀尔喷管形成的两个四角切圆布置的内切圆和外切圆反向旋转，假想内切圆为三次风喷管形成，其旋转方向为逆时针方向，假想外切圆为拉阀尔喷管形成，其旋转方向为顺时针方向。这样形成内外逆向运动，更有利于强化分解炉携带可燃物上升的高含尘气流与燃烬风的混合，加速分解炉上升气流中携带的可燃物的燃烧及分解炉内料粉的分散、传热。

设有不同的控制阀门，可通过阀门灵活调节还原风、燃烬风用量风比，并可根据需要，对冷风拉阀尔喷管进行启停，以适应分解炉不同煤种的高效燃烧和低NOx排放。

附图说明

图1为分风装置的主视图。

图2为燃烬风喷管的四角切圆布置的剖视图。

图3为拉阀尔喷管的四角切圆布置的剖视图。

图中的标号分别为：1-生料进口；2-煤粉喷管×2；3-分解炉炉体；4-三次风管；5-燃烬风喷管×4；6-燃烬风喷管形成的假想切圆；7-拉阀尔喷管形成的假想切圆；8-拉阀尔喷管×4。

具体实施方式

结合附图，通过下面实例进一步说明本发明的实施方案。

图1给出的是该发明的一个优化实例，其包括分解炉炉体、下部锥体三次风管，两根喷煤管、还原风、燃烬风支管和喷管及拉阀尔喷管。图2给出了每层燃烬风喷管的布置方式，每层有四个燃烬风喷管斜向下按四角切圆布置方式安装，且燃烬风喷管的切向方向反向于拉法尔喷管的切向方向。图3给出了每层拉阀尔喷管的布置方式，每层有四个拉阀尔喷管按四角切圆布置方式安装，其假想切圆为顺时针方向。

通过这一布置方式，来自篦冷机的高温三次风一部分送至分解炉下部锥体，与来自回转窑的高温烟气快速混合，产生旋喷效应。同时两根喷煤管与水平面成30°角向下对喷，与下部的气流相互作用，形 成W型燃烧方式。这样更有利于煤粉的快速预热、热解以及煤粉开始着火燃烧。气流产生的旋流效应和煤粉的向下喷射也延长了煤粉在分解炉内的停留时间，为煤粉的充分燃烧给予时间保证。由于送至分解炉下部锥体的高温三次风的风量是燃料理论空气量的70％。因此该处的煤粉燃烧方式为重还原燃烧方式，形成重还原性气氛，高效抑制分解炉内燃料型氮氧化物的生成及还原来自回转窑内的氮氧化物。

生料进口布置在喷煤口上部1m处，其进料管与水平面成60°向下喷入。这样对煤粉的着火燃烧给予了一定的时间，防止了碳酸钙的分解吸收大量的热而造成煤的燃烧不稳定。

所述的燃烬风喷管布置在分解炉中部柱体的下部，分三层布置，层间距离1m。冷风拉阀尔喷管第一层布置在燃烬风第一层的上部0.5m处，冷风喷射分两层布置。还原风、燃烬风、拉法尔喷管用风均可根据需要通过阀门进行灵活调节。

所述的燃烬风形成的内假想切圆与冷风形成的外假想切圆反向旋转，其每层的四个燃烬风喷管与水平面成30°角斜向下伸入分解炉内的长度为0.5m，按四角切圆布置方式形成分解炉内较小的内假想切圆；每层的四个拉阀尔喷管沿分解炉壁面也按四角切圆布置水平喷入，形成较大的外假想切圆。通过这样用风布置，强化了分解炉内上升的携带了可燃物的高含尘气流与燃烬风的混合，进一步提高了生料的分散性和气流一生料间的传热速度，提高了煤粉的燃烧效率和入窑生料的碳酸盐的分解率。

该装置的布置较为灵活多变，其结构参数和运行参数可根据分解炉结构参数和运行情况进行优化，已在应用中显示出了明显的高效燃烧和低NOx排放优势。除上述实施例外，其实施方式还具有多种，凡由此基础上所形成的的技术方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种实现水泥分解炉高效燃烧暨低NOx排放的分风燃烧装置，其主要特征是：该装置主要包括入分解炉的三次风分两路送入分解炉，一路以理论用风量的70%左右作为还原风送至旋喷型分解炉的下部锥体，与窑尾烟气混合产生旋喷效应，供煤粉还原煅烧用；另一路作为燃烬风按四角切圆布置方式斜向下送入分解炉中部柱体的下部，距分解炉最下部锥体范围为10—12m；另以理论用风量5%的冷风分二层通过拉阀尔喷管高速送入燃烬风的上部0.5m位置，每层安装四个拉阀尔喷管靠近分解炉壁面按四角切圆布置方式水平喷入；高速旋转的冷风极大加速了上升气流与燃烬风的混合，并加速气流中生料粉的分散和传热，进而加速气流未燃烬物的燃烧速度，提高了分解炉煤粉的燃烬率和生料的碳酸盐分解率。

2.根据权利要求1所述其送入分解炉下部锥体的三次风管，其特征是：三次风管的偏心距为0.6—1m，输送来自篦冷机高温风和窑尾烟气快速混合，产生旋喷效应，供煤粉还原燃烧和生料分散、传热、分解用。

3.根据权利要求1所述其送入分解炉中部柱体下部的三次风分三层布置，层与层间隔1m且每层由四根喷管喷入分解炉，其特征是：该四根喷管与水平面成30°斜向下伸入分解炉内部0.3—0.6m，四个喷嘴点形成正方形的四顶点，该布置方式为四角切圆布置方式，四根喷管以一定角度喷入，与分解炉的一较小假想中心圆外切，切向方向为逆时针方向。

4.根据权利要求1所述用拉阀尔喷管把理论用风量5%低温风分二层高速送入分解炉，其特征是：层与层间隔1m且冷风第一层在燃烬风第一层的上部0.5m位置；每层为四个喷入点，其特征是：该四个喷入点在分解炉内壁面为正方形的四顶点，其布置方式也为四角切圆布置方式，四个喷管以一定角度喷入，与分解炉的一较大假想中心圆外切，切向方向为顺时针方向。

5.根据权利要求3-4之一所述，加快了分解炉上升气流与燃烬风的快速均匀混合和料粉分散、传热，在于高温三次风的四角切圆的喷旋方向为逆时针方向，5%的低温风的喷旋方向为顺时针方向，且高温风的喷旋切圆的半径小于低温风喷旋切圆的半径，这样一大一小的假想切圆布风方式，更有利于加速燃烬风与炉内携带可燃物高含尘上升气流的混合和生料的分散。

6.根据权利要求5所述加速燃烬风与炉内携带可燃物的高含尘上升气流混合高速冷风布风装置，其特征是：可灵活调节还原、燃烬风用量和加速混合的冷风用量，适合分解炉内不同煤种的高效燃烧和低NOx排放。

7.根据权利要求2所述由三次风管送入分解炉的下部锥体的还原风，其特征在于：还原风的风量与燃料燃烧的理论空气量比为0.70左右，形成低温、高还原气氛燃烧环境，有利于氮氧化物生成量的进一步降低；喷煤管安装在三次风管上1—2m，与水平面的倾斜角度在25°—35°范围内，对喷喷入，形成W型火焰布置方式，更适合无烟煤的高效低NOx燃烧。